电动工具用高速两相开关磁阻电机研究

本文基于电动工具驱动对高速两相开关磁阻电动机进行了研究开发。首先由单相交流串励电机驱动的打磨机工具的性能要求和尺寸限制,给出两相开关磁阻电机的额定参数及主要尺寸,然后对电机进行了电磁设计研究,重点对其阶梯气隙进行优化设计研究,以满足电机的自起动能力和低转矩脉动要求,并对设计计算结果进行了电磁场有限元仿真验证;其次研究开发了两相开关磁阻电机驱动控制系统;最后进行了样机试制和样机试验,试验结果验证了分析计算的正确性及该种电机用于高速低成本驱动的可行性。     

配电网真空断路器小型化电机操动机构的设计与分析

以高压配电网真空断路器操作特性为研究对象,提出小型化电机操动机构设计方法。基于断路器的负载反力和操作速度要求,计算得出驱动电机的主要尺寸,分析了相同体积、不同绕组线径和匝数下的电机性能,确定输出转矩大、运动速度快、功率密度高的线径和匝数配合方案,完成驱动电机的整体设计。采用有限元理论建立驱动电机数学模型,计算得到电机角位移和输出转矩特性。与已有电机操动机构相比,新型驱动电机体积减小23%,输出转矩、运动速度分别提高了53.4 N·m和38 r/min。     

轴流式血泵电机控制系统关键技术的研究

目前人工心脏研究已经成为生物医学领域的焦点,轴流式血泵与其电机驱动是人工心脏的核心部分,其结构与性能是人工心脏设计的关键。本文对轴流式血泵电机驱动控制系统进行了研究,通过比较常用起动方法的优缺点,选择三段式起动法,结合泵类负载的特性,提出通过控制绕组电流的方法实现电机的起动,又分析了各种调制方式对非换向区间对转矩脉动的影响,提出了PAM调制方式下换向转矩脉动抑制的方法,结合系统总体设计方案进行了仿真研究,其结果验证了上述的分析与提出方法的合理性。     

稀土永磁无刷电机转子磁钢尺寸及气隙对输出转矩和效率的影响

为满足人工心脏对驱动电机的特殊技术要求，用实验的方法，对小转子、大气隙和高效率微型稀土永磁无刷电机的可行性进行了研究。实验结果表明在一定范围内转子磁钢尺寸的减少以及电机定、转子之间气隙的加大对微型稀土电机的性能没有太大的影响，但是电机最高效率点所对应的输出转矩将随之减小。     

轴流式血泵电机控制系统关键技术的研究

目前人工心脏研究已经成为生物医学领域的焦点,轴流式血泵与其电机驱动是人工心脏的核心部分,其结构与性能是人工心脏设计的关键。本文对轴流式血泵电机驱动控制系统进行了研究,通过比较常用起动方法的优缺点,选择三段式起动法,结合泵类负载的特性,提出通过控制绕组电流的方法实现电机的起动,又分析了各种调制方式对非换向区间对转矩脉动的影响,提出了PAM调制方式下换向转矩脉动抑制的方法,结合系统总体设计方案进行了仿真研究,其结果验证了上述的分析与提出方法的合理性。     

基于遗传算法的车用永磁电机转子尺寸多目标优化设计

新能源汽车(NEV)驱动电机对于转矩密度、功率密度、转矩脉动、振动噪声和高效率区间等参数有着较为严格的性能要求。转子拓扑及其结构尺寸直接影响电机的磁场大小、磁场分布和谐波磁场含量,对于汽车电机性能起着重要影响。针对该类电机多工况多性能参数的特点,利用有限元软件建立主要工况的电磁场计算模型,确定需要优化的转子结构尺寸。根据车用电机的主要性能指标,以转矩脉动、齿槽转矩、气隙反电动势谐波畸变率和输出转矩作为优化目标,根据不同工况性能需求定义目标函数,选择遗传算法作为多目标优化设计算法,再根据优化计算结果进行方案筛选,最终确定电机的最优转子尺寸。该优化设计方法可快速确定车用永磁电机的最优电磁设计方案,丰富了该类电机的高效优化设计途径。     

屏蔽电机定子屏蔽套损耗的计算与分析

利用Ansoft软件的瞬态场求解器对屏蔽电机进行建模计算分析,使用有限元法计算屏蔽套涡流损耗。根据此方法,对采用不同尺寸和不同材料时的屏蔽套损耗进行了计算分析,从而得出损耗随屏蔽套尺寸与材料特性变化的规律。得出的计算方法和规律可对屏蔽电机的设计与制造以及整机的优化设计起到作用。     

永磁驱动电机接线盒结构优化热性能分析

以一台50 k W永磁驱动电机为例,根据流体力学和传热学原理,利用有限体积法对电机温度场进行了研究,分析出其温度分布规律。该结果与实验所获数据相吻合,证实了计算方法和计算结果的合理性。但是为了有效地解决由于接线盒所在区域温升过高,温度梯度较大的问题,提出4种对接线盒结构的优化方案,对其不同方案下电机整体温度分布及接线盒所对应的电机内部径向区域温度场特性进行了详细地分析,所得结论为永磁驱动电机结构的优化设计提供了理论参考。     

分数槽自起动永磁同步电机的设计研究

介绍了分数槽自起动永磁同步电机的设计方法,讨论了分数槽绕组、永磁体、定/转子设计中要注意的问题,并基于Ansoft的RMxprt磁路分析软件对电机参数进行磁路计算分析.设计并建立了较为准确的分数槽电机模型.主要研究了转子阻尼槽槽型尺寸对电机性能的影响,为分数槽绕组永磁电机的优化设计提供了可靠的参考依据.     

基于参数敏感度的双凸极永磁型双定子电机的优化设计和性能分析

双凸极永磁型双定子(DSPMDS)电机是针对电动汽车(EVs)驱动电机的应用要求,融合了双定子电机理论和定子永磁型双凸极电机理论,具有高转矩密度、高功率密度以及更加灵活多变的工作模式等优点。针对该电机双层气隙、双定子的复杂结构,在DSPMDS电机初始设计尺寸的基础上,通过建立电机参数化模型,并采用多目标敏感度优化方法,筛选出对电机转矩波动和铁心损耗影响最大的关键结构尺寸参数,在此基础上进一步采用响应面法选取最优结构尺寸参数。采用有限元仿真计算分析DSPMDS电机的反电动势、铁心损耗、定位力矩等电磁性能,样机实验结果验证了所提出的参数敏感度优化设计方法和性能分析的正确性,丰富了该类复杂结构的永磁型电机的快速设计和优化的途径。     

轴向磁通永磁电机的设计与优化

本文根据一款家用乘用车的结构和运行性能需求,设计出了额定功率95kW,峰值功率190kW的轴向磁通永磁电机。电机采用内单定子外双转子结构,定子铁心采用分块式设计形式。基于永磁电机设计理论,总结归纳轴向磁通永磁电机的初始设计流程,并对其电磁性能进行初始评估。采用有限元法建立电磁分析三维模型,对采用多种转子结构电机的电磁转矩、齿槽转矩、转矩脉动及永磁体涡流损耗等进行计算和分析。文中所归纳的电动汽车驱动用轴向磁通永磁电机设计流程及降低齿槽转矩、转矩脉动和永磁体涡流措施的效果对比,为此类电机的设计及优化提供借鉴经验。     

磁极径向组合轴向磁场永磁电机转矩品质分析与优化设计

为了实现轴向磁场永磁(axial field permanent magnet,AFPM)电机大转矩惯量比、低转矩脉动等高品质转矩输出,提出磁极径向组合式的AFPM电机,采用传统表贴永磁与Halbach永磁阵列沿径向排列的转子结构。分析电机运行原理,推导电机功率尺寸方程;通过有限元方法对比分析该结构与传统表贴式结构的磁场分布、转矩、转矩脉动、反电动势及电感等电磁特性。在此基础上,基于响应面分析,构建多目标遗传优化设计方法,对电机转矩、齿槽转矩、反电动势和转矩脉动进行优化设计。最后,基于优选参数加工制造样机,并进行实验研究,验证了该电机结构的有效性和分析的正确性。     

基于永磁同步电机和电磁轴承的人工心脏研究

提出了的新型可植入式人工心脏是由轴向磁场结构的永磁同步电动机直接发驱动。电机转子安装在人工心脏泵的叶轮上,并因电磁轴承的作用而悬浮。文中将重点分析该电机及轴承的结构与设计,并给出了一些相关的仿直结果。     

Low-cost compact permanent magnet machine for adjustable-speed pumpapplication

The variable-speed driven pump can result in significant energy conservation where reduced flow rates are required for long periods of time. In regard to adjustable-speed pump drives, one major contribution of this paper is the demonstration that a permanent magnet (PM) motor based on the slotless axial-flux permanent magnet machine (AFPM) topology can be a suitable candidate to advantageously compete with the induction motor for such a low-cost drive application. For the purpose of a cost comparison, the paper discusses design and construction of a prototype machine which has been conceived to replace a 1.2 HP induction motor being used in a standard adjustable-speed pump drive. Results taken from laboratory tests of the prototype machine are reported, together with an assessment of the machine manufacturing cost     

Optimal Design of Coreless Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Generator with Reduced Cost Considering Improved PM Leakage Flux Model

This paper presents an optimal design of coreless axial flux permanent magnet (AFPM) synchronous generator using particle swarm optimization method based on sizing equations of the machine. The design optimization is performed in order to reduce the active material cost of the generator. General practical and mechanical limitations are considered as optimization constraints. A magnetic circuit model based on quasi three-dimensional (3-D) model of the coreless AFPM machine is taken into account to calculate the permanent magnet leakage flux (PMLF) accuracy. A computer-aided program is evaluated according to the proposed optimized design procedure that is used to design a 2-kW, 16-pole AFPM generator with two rotors and one coreless stator. Finally, the 3-D finite-element model (FEM) of the machine is prepared to confirm the validity of the proposed PMLF model and proposed optimized design algorithm.     

基于计算流体力学的非晶合金轴向磁通永磁电机冷却系统设计

采用一种新型材料——非晶合金作为轴向磁通永磁(AFPM)电机的定子铁心。研制非晶合金和硅钢片两种材料的定子铁心,对其损耗特性进行对比,实验数据显示非晶合金替代常规硅钢片作为电机铁心,能够降低电机的铁耗,但是同时由于高频率的选择使得电机转子部分等损耗有所增加。为进一步提高非晶合金轴向磁通永磁电机冷却效率,优化电机设计保证电机的安全运行,对该类电机的冷却系统进行设计。研究四种冷却结构并建立相应的三维流体场数学模型和物理模型,基于计算流体力学(CFD)理论基础,通过有限体积法,在相同的计算条件、网格划分前提下,研究四种冷却结构的热特性和流动特性。优选出螺旋型结构并对其进行具体尺寸参数设计,最后对无隔水板和螺旋结构进行温升试验。试验结果表明,螺旋结构的绕组和转子冷却效率高出无隔水板结构33.1%和26.5%,为该类新型材料的永磁电机冷却结构设计及电磁方案优化提供了指导。     

永磁电机温度场的改进有限公式迭代算法

非晶合金材料由于其高导磁、低损耗的特点,在电机的研究、开发中受到了广泛和密切的关注。由于非晶合金电机常常运行在变频控制下且工作频率往往较高,电机内谐波含量大、发热严重。考虑到电机损耗、材料导热性能、散热面对流传热性能受温度分布的影响,将温度场计算程序与一套双重循环迭代系统相嵌套,计算7k W盘式非晶合金永磁电机的三维温度分布。通过系统内循环确保电机腔内空气温度的准确选取;通过外循环计及温度分布对损耗、导热系数以及对流传热系数的影响。从有限公式迭代算法的基本原理出发,通过对温度场数学模型的改进,简化循环中对导热系数修正的计算过程,降低每步迭代的计算量。通过对比迭代算法算得的温升分布和电机温升实验结果,验证了模型的合理性和计算结果的准确性,为盘式非晶合金永磁电机的温度分析计算提供了一种较为精确、快捷的参考方法。     

无槽环形绕组轴向磁通永磁电机空载反电动势解析

无槽环形绕组有两种类型,即扇形绕组和矩形绕组。针对这两种绕组空间分布对空载反电动势的影响,分别对两种绕组轴向磁通永磁电机的空载反电动势进行了解析推导。在气隙磁密解析计算时,提出通过建立虚拟等效直线电机模型用以计算气隙磁场端部效应函数。为了验证解析公式的正确性,以一台电机方案为例,利用推导的解析公式对空载反电动势进行了计算,与有限元计算结果进行了对比,结果表明解析计算结果和有限元计算结果相对误差小于2.1%,满足工程要求。因此,推导的空载反电动势解析公式可以作为电机设计人员参考使用。     

Multistage axial-flux PM machine for wheel direct drive

The design of direct-drive wheel motors must comply with diameter restrictions due to housing the motor in a wheel rim and allow the achievement of very high torque density and overload capability. Slotless axial-flux permanent magnet machines (AFPMs) prove to be the best candidate for application in electric vehicles as direct-drive wheel motors, as in comparison with conventional machines they allow designs with higher compactness, lightness and efficiency. The paper presents a newly conceived AFPM which has a multistage structure and a water-cooled ironless stator. In the proposed new topology of the machine, the space formerly occupied by the toroidal core becomes a water duct, which removes heat directly from the interior surface of the stator winding. The high efficiency of the machine cooling arrangement allows long-term 100% overload operation and great reduction of the machine weight. The multistage structure of the machine is suited to overcome the restriction on the machine diameter and meet the torque required at the wheel shaft. The paper gives guidelines for the design of a multistage AFPM with water-cooled ironless stator, and describes characteristics of a two-stage prototype machine rated 215 Nm, 1100 RPM